Ζυμωτική παραγωγή υδρογόνου από οικιακά τροφικά υπολείμματα : μετάβαση σε πιλοτική κλίμακα
| datacite.contributor.RelatedPerson | Κούκος, Ιωάννης | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Παρασκευά, Χριστάκης | |
| datacite.contributor.RelatedPerson | Πανδής, Σπυρίδων | |
| datacite.contributor.Supervisor | Λυμπεράτος, Γεράσιμος | |
| dc.contributor.author | Παπανικολάου, Ιωάννης | |
| dc.contributor.other | Papanikolaou, Ioannis | |
| dc.date.accessioned | 2025-07-07T06:49:11Z | |
| dc.date.available | 2025-07-07T06:49:11Z | |
| dc.date.issued | 2025-07-09 | |
| dc.degree | graduateThesis | |
| dc.description.abstract | Στο πλαίσιο της εδραίωσης ενός κυκλικού συστήματος οικονομίας, η αξιοποίηση των μεγάλων ποσοτήτων τροφικών αποβλήτων (FW) που δημιουργούνται ανά τον κόσμο, αποτελεί μείζον θέμα. Πιο συγκεκριμένα, το 1/3 των τροφίμων που παράγονται ετησίως σε παγκόσμιο επίπεδο, αποβάλλονται, λόγω ελλιπούς καταναλωτικής συνείδησης, μόλυνσης ή ανεπάρκειας αποθήκευσης. Η απαίτηση για την δημιουργία ενός θετικού αντίκτυπου, από αυτού του είδους τα απόβλητα, είναι συνεπώς εμφανής. Η ένταξη του υδρογόνου στην «ενεργειακή οικονομία», είναι από τις σημαντικότερες προκλήσεις του 21ᵒᵘ αιώνα, καθώς, μπορεί να αποτελέσει διέξοδο στον κορεσμό που φθάνουν τα ορυκτά καύσιμα, μέσω της αφθονίας και των μηδενικών επιβλαβών ρύπων του προς το περιβάλλον. Το υδρογόνο, βρίσκει χρήσεις σε ευρύ φάσμα εφαρμογών, όπως στην παραγωγή χρήσιμων χημικών (NH₃, HCl, CH₃OH κ.α.), στην ψύξη βιομηχανικών μονάδων, στην αεροδιαστημική και τον τομέα των μεταφορών, ως καύσιμο, καθώς και στην γενικότερη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Μία υποσχόμενη τεχνολογία για την παραγωγή υδρογόνου, αποτελεί η σκοτεινή ζύμωση, λόγω της διττής φύσης που κατέχει, αξιοποιώντας απόβλητα, με την ταυτόχρονη παραγωγή ενέργειας σε μορφή H₂. Πιο συγκεκριμένα, η παρούσα εργασία, αναλύει τη διεργασία της ζυμωτικής παραγωγής υδρογόνου, από οικιακά FW, με σκοπό τη μετάβαση της διαδικασίας, μετέπειτα, σε πλήρη κλίμακα. Αποτελεί μία συνεργασία του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου, της κατασκευαστικής εταιρείας Sirmet και του Δήμου Δυτικής Αχαΐας, ως μέρος του Ευρωπαϊκά χρηματοδοτούμενου έργου «SYMSITES», στο πλαίσιο του προγράμματος «Horizon Europe». Τα πειράματα πραγματοποιήθηκαν σε εργαστηριακούς αντιδραστήρες όγκου 1 L, αλλά και σε πιλοτικής κλίμακας αντιδραστήρα, όγκου 350 L, που είναι εγκατεστημένος στη μονάδα επεξεργασίας λυμάτων, του Δήμου Δυτικής Αχαΐας. Η κλιμάκωση μεγέθους αλλά και ο πειραματισμός σε ένα ρεαλιστικό περιβάλλον, έπαιξαν σημαντικό ρόλο στην κατανόηση της διεργασίας, αφού ελήφθησαν υπόψη παράγοντες όπως η διακύμανση της σύστασης των αποβλήτων, η εποχικότητα κ.τ.λ., που είναι κρίσιμοι για τη μεταγενέστερη περαιτέρω κλιμάκωση της διεργασίας. Τα πειράματα διεξήχθησαν, σε αντιδραστήρες διαλείποντος έργου, σε μεσόφιλες συνθήκες (37 °C) και σε pH στο εύρος 5.5-6, ενώ ως τροφοδοσία χρησιμοποιήθηκε το εκχύλισμα που προέκυψε από τα συλλεχθέντα οικιακά FW, των κατοίκων του Δήμου Δυτικής Αχαΐας. Για την πλήρη αξιοποίηση των αποβλήτων, δοκιμάστηκε η διεργασία και με χρήση όλου του στερεού κλάσματος των προηγούμενων, μετά από ξήρανση και τεμαχισμό. Τα αποτελέσματα έδειξαν, ότι, οι αποδόσεις όλων των πειραμάτων που έλαβαν χώρα, ανέρχονταν στο εύρος 0.56-1.46 mol H₂ ανά mol γλυκόζης, γεγονός που συνεπάγεται τη μεγάλη βιοαποδομησιμότητα των χρησιμοποιούμενων FW αλλά και την αποτελεσματική μετάβαση από την εργαστηριακή στην πιλοτική κλίμακα. | |
| dc.description.sponsorship | - | |
| dc.description.translatedabstract | Within the framework of establishing a circular economic system, the utilization of large amounts of food waste (FW) generated worldwide constitutes a critical issue. More specifically, approximately one-third of the food produced globally each year is discarded due to inadequate consumer awareness, contamination, or insufficient storage practices. Consequently, the need to generate a positive impact from this type of waste is clearly evident. The integration of hydrogen into the "energy economy" is among the major challenges of the 21ˢᵗ century, as it can offer a via-ble solution to the saturation point reached by fossil fuels due to its abundance and the absence of harmful environmental pollutants. Hydrogen finds applications across a wide range of fields, including the production of useful chemicals (e.g., NH₃, HCl, CH₃OH), industrial refrigeration, aero-space, transportation sectors as fuel, and general electricity production. A promising technology for hydrogen production is dark fermentation due to its dual advantage: utilizing waste while sim-ultaneously producing energy in the form of H₂. The present study analyzes the fermentative pro-duction of hydrogen from household FW, aiming to subsequently transition the process to full-scale operation. This study represents a collaboration between the National Technical University of Athens, the construction company Sirmet, and the Municipality of Western Achaia, as part of the European-funded project "SYMSITES" under the "Horizon Europe" program. Experiments were conducted in laboratory-scale reactors with a volume of 1 L, as well as in a pilot-scale reactor with a volume of 350 L, installed at the wastewater treatment facility of the Municipality of Western Achaia. Scaling up and experimentation under realistic conditions played a crucial role in under-standing the process, considering factors such as variations in waste composition, seasonality, etc., which are critical for subsequent further scaling of the process. The experiments were per-formed in batch reactors under mesophilic conditions (37°C) with a pH range of 5.5–6. The feed-stock consisted of extracts derived from collected household FW from residents of the Municipali-ty of Western Achaia. To ensure the full utilization of the waste, the process was also tested using the entire solid fraction of the aforementioned FW, following drying and shredding. Results demonstrated yields ranging from 0.56 to 1.46 mol H₂ per mol glucose, indicating high biodegra-dability of the FW used and effective transition from laboratory to pilot scale. | |
| dc.identifier.uri | https://hdl.handle.net/10889/29937 | |
| dc.language.iso | el | |
| dc.rights | Attribution-NonCommercial-ShareAlike 3.0 Greece | en |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/gr/ | |
| dc.subject | Βιομάζα | |
| dc.subject | Βιοκαύσιμα | |
| dc.subject | Παραγωγή ενέργειας | |
| dc.subject.alternative | Biomass | |
| dc.subject.alternative | Biofuels | |
| dc.title | Ζυμωτική παραγωγή υδρογόνου από οικιακά τροφικά υπολείμματα : μετάβαση σε πιλοτική κλίμακα | |
| dc.title.alternative | Fermentative hydrogen production from household food waste : transition to pilot scale |